發布日期：2022-04-17 點擊率：73
開關是電子設備不可或缺的一部分。幾乎每個電子設備中都有一個開關，有時甚至有好幾個。這是因為設備在使用時往往存在多種工作模式。最明顯的模式普是接通或斷開，但往往有一些設置可以調整。汽車車窗由可以升降車窗的瞬動開關控制。游戲機使用開關來控制游戲。在電子行業，開關的應用數不勝數。當前市場中存在多種不同類型的開關，選擇開關時通常需要考慮多個注意事項。需要提出的一些問題包括：需要多少刀和多少擲；開關需要保持功能還是瞬時功能；有哪些電氣考慮因素，例如最大額定電流和額定電壓等？希望本文能夠對您了解開關世界有所啟發。
在介紹每種開關類型之前，我們最好先來了解一下每種開關中存在的不同電路。有兩個術語可用于描述開關中的電路。它們就是“刀”和“擲”?！暗丁敝傅氖情_關中存在的電路數量。單刀開關一次只有一個活動電路。術語“擲”指的是刀可以連接到的位數。圖 1 展示了單刀單擲開關 (SPST) 的電路圖。
圖 1：SPST 電路圖。
SPST 開關只有一個刀；使用此配置只有一個可能的電路。要么是開路，要么是閉路。 單刀開關可能為常開型或常閉型。閉合時，電流可以流過開關；打開時，電流無法流過開關?，F在想像一下，在給定的時間，電流只有一條流動通路，但有兩個目標選擇。這就是單刀雙擲 (SPDT) 開關。圖 2 展示了這一情景。
圖 2：SPDT 電路圖。
使用這類邏輯可以輕松理解開關的概念。另一個與 SPDT 相似的實例是雙刀雙擲 (DPDT) 開關。它看起來與圖 2 相似，但有兩個刀而不是一個刀。圖 3 展示了 DPDT 的電路。
圖 3：DPDT 電路圖。
關于開關需要記住的一點是，幾種不同的電路可以實現相似的結果。不帶瞬時功能的簡單開關便是一個例子。此開關可使用 SPST 或 SPDT 來實現。以 CW Industries 的 GRS-2011-2019 為例。此器件的底部有兩個端子，等同于 SPST 開關。當開關處在一個位置時，兩個端子相互連接，電流可以流過。當開關處在另一個位置時，開關未連接，電流無法流過。如果使用 SPDT（例如 GRS-2013A-2000）而不是 SPST，也能實現相同的效果。它所涉及的不過是使用兩個端子，并將其中一個保持開路狀態。這在需要常開型或常閉型 SPST 開關時非常方便。一個 SPDT 就可同時滿足這兩種需求。回頭再看一下 SPDT，了解該開關的功能也很重要。SPDT 的致動器可以有兩個或三個位置。為說明這一點，考慮一個 ON-OFF-ON 類型的開關。這在電機應用中很常見，其中的電機可以在一個方向轉動，停止，然后在另一個方向轉動。SPDT 可以做到這一點，但并非所有 SPDT 開關都能如此。GRS-2013A-2000 是一種 ON-OFF-ON 開關，因此它能實現該操作。C&K 的 D508J12S205QA 則做不到這一點；它是一個 ON-MOM 開關。這表示，開關通常處于 ON 位置，并且可以瞬時關斷。其可能的應用之一是雜貨店內的結賬隊列傳送帶。只需將電線向后勾起，傳送帶上的電機在致動器被按下之前將不會運轉。致動器被按下時，開關內部將會出現瞬時接觸，電流可以流過。松開致動器后，開關將返回到常閉位置，電流隨即停止流動。
選擇開關時需要記住的另一個要點是電氣特性。如果電路需要 50 安，則不能使用額定電流為 10 安的開關。任何時候都要特別注意開關的額定電壓和額定電流。甚至交流電壓和電流與直流電壓和電流之間也存在區別。制造商通常會同時提供兩種額定值，但也不盡然。在評估開關的額定電壓時，請注意制造商標注的電壓類型。如果額定值為 125 VAC，則標注的是交流電壓。如果額定值為 125 V，則標注的是直流電壓。這一術語將會標注在產品的規格書或圖紙上。在 Digi-Key 網站還可以做進一步的區分。E-Switch 的產品 PS1024ARED 具有交流額定值；但 Digi-Key 在線顯示的是 125 V。這是因為該額定值列描述的是“額定電壓 – AC”。圖 4 展示了 Digi-Key 網站上的這一內容，圖 5 則展示了 PS1024ARED 的額定值。
圖 4：PS1024ARED 的產品屬性。
圖 5：PS1024A 的電氣規格圖。
有一點在 Digi-Key 網站上不太明顯，但在圖紙注釋中很容易看出，即此開關有多個不同的額定值。第一個額定值是 3 A @ 125 VAC，第二個額定值是 1.5 A @ 250 VAC。同一開關為什么會有兩個額定值呢？這是因為功率同時取決于電壓和電流。這兩個額定值的額定功率相同。如果將以下數字代入功率計算等式，將會得出相同的數字。
開關通常只有一個交流額定值，而沒有直流額定值。確定交流開關的直流額定值可以使用一條經驗法則。即，保留開關的最大額定電流（不論其為多少）不變，并將直流電壓設為 30 伏。PS1024A 有兩個額定值，3 A @ 125 VAC 和 1.5 A @ 250 VAC。依據此法則，開關可在不超過 30 VDC 的電壓下承載 3 A 的額定電流。這是取自 Carling Technologies 的一條通用規則，被稱為“直流經驗法則”。開關往往還有一個額定馬力。這是因為電感負載可能具有極高的涌流。額定馬力適用于在交流電機中使用的開關。這并不表示這些開關不能在其他設備中使用，只不過這是在開關上標注該額定值的原因。
按鈕開關是開關類型之一。這類開關有一個致動器。在不太正式的措辭中，致動器也被稱為按鈕。這類開關通常采用面板安裝或貼裝在電路板上。圖 6 展示了 NKK Switches 的 KB16CKW01-5F-JF。
圖 6：KB16CKW01-5F-JF。
關于 KB16CKW01-5F-JF，很有意思的一點是，它有多少個端子。這是一個 SPDT 開關，通常只有 3 個端子，但該器件有 5 個端子。因為它是發光開關。許多開關是發光開關，并具有標稱的發光電壓。此開關具有 2.1 VDC 發光電壓。說明文檔中注明，2 號端子為公共端子，LED 將由端子 L (+) 和 L (-) 供電（如圖 7 所示）。
圖 7：KB16CKW01-5F-JF 的說明文檔。
在每個開關的產品頁底部通常還會提供其配件列表。在 Digi-Key 網站上，KB16CKW01-5F-JF 的產品頁底部顯示了該開關附帶的四個配件。
| 保護罩AT494第D34 頁取蓋工具AT109第D34 頁LEDAT635F第D28 頁套管安裝套筒扳手AT108第D34 頁 |
在 Digi-Key 網站的 KB16CKW01-5F-JF 頁面底部，或通過該系列規格書上的說明文檔，可以找到這些配件。制造商通常會開發完整系列的開關。這是一組歸到一起的專有產品。KB16CKW01-5F-JF 專門設計成采用說明文檔中標注的特定配件。保護罩配件位于系列規格書的第 D34 頁。圖 8 展示了該保護罩及其可訂購零件編號 AT494。
圖 8：KB16CKW01-5F-JF 的說明文檔。
通常開關制造商會將整個系列集中在一份規格書中，因為一個零件與另一個零件之間的一些更改可能非?，嵥椤２煌牧慵幪栔g往往只有顏色的變化。LED 配件 AT635F 便是一個很好的例子。在說明文檔中，僅列出編號 AT635 一個選項。之前提到的產品包含后綴“F”。圖 9 顯示的訂購方案將“F”后綴標注為綠色 LED。訂購方案的左側是基本 LED 編號 AT635。中間列提供了紅色、琥珀色和綠色選項。標記“綠色”的方框下面顯示“5F”。這表示，編號 AT635F 對應的 LED 將為綠色。
圖 9：KB16CKW01-5F-JF 的說明文檔。
觸摸開關與按鈕開關非常相似，但它們通常尺寸小得多。想象一個帶有重置開關的個人家用路由器。此開關通常位于塑料中的凹陷位置，以免被意外按下。按下這類開關往往需要使用回形針或牙簽。這類開關往往是觸摸開關或瞬動開關，而且通常不會用作“通-斷”型開關。它們通常用于實現重置、計數、停止或任何該性質的功能。它們的額定電壓和額定電流往往很低。APEM Inc. 的 MJTP1230 便是一個觸摸開關實例。此開關為 SPST-NO 開關，即單刀單擲常開型電路。這表示，在按下致動器之前，電流無法流過此開關。松開致動器后，開關將會自動恢復開路狀態，電流便無法流過。圖 10 展示的是 MJTP1230。
圖 10：MJTP1230。
此開關有四個腳。觸摸開關往往就是這種情況。這不是因為其中有兩個可以連接的不同電路，而是因為增加兩個額外的腳可以增加開關在焊接到電路板時獲得的物理支撐。一側的兩個腳不論開關位置如何，都會永久相連。開關的另一側將遵循相同的規則，兩個腳始終相連。按下致動器后，開關的兩半之間連通。就電路而言，此開關將遵循圖 1 所示的電路圖。
DIP 開關就是采用“雙列直插式封裝”的開關。這些開關設計為可以裝入試驗板，并且是小型 SPST 開關的聚合體。此類開關的應用示例之一是舞臺照明中的 DMX 控制。每個燈具都會分配一個地址。在現代的 DMX 控制燈中，通過微控制器，只需上下調整顯示屏上的數字，便可對此進行編程。在舊式 DMX 控制燈中，會有一個 DIP 開關，通過更改此開關可以為該燈具提供正確的二進制地址。這類開關通常采用表面貼裝或通孔安裝，但也有面板安裝選項。圖 11 展示了 CTS Electrocomponents 的一款 DIP 開關 208-4。
圖 11：208-4。
搖臂開關在市場中也很受歡迎。這類開關具有可從每個位置往返搖動的凹形致動器。許多消費電子設備的 ON/OFF 開關采用的便是搖臂開關。它們通常采用面板安裝，也可以直接安裝到電路板上。圖 12 展示了 ZF Electronics 的 CRE22F2BBRLE。
圖 12：CRE22F2BBRLE。
此開關為 SPST 開關，因此它只能開啟或關閉。由于它是發光開關，因此有一個中間端子。帶發光功能的 SPST 開關通常有三個端子。外部端子負責讓電流從源端流到地端。中間的端子用于指示燈。開關處于開路狀態時，電流無法流過指示燈。開關閉合后，電流將從源端流經指示燈，然后流到地端。
搖臂開關需要注意的另一個要點是，端子的實際物理尺寸。這類開關通常采用面板安裝，因此它們往往使用分立電線和快連式端子進行端接。CRE22F2BBRLE 具有 0.25 英寸寬的端子。在 Digi-Key 網站上，這一點標注在產品屬性“端接類型”下面。常見的端子尺寸包括 0.110 英寸、0.187 英寸和 0.250 英寸。在 Digi-Key 網站的“端子 - 快速連接，快速斷開連接器”頁面中可以找到這類快速連接器件。
在制造業，可能需要使用開關來對物件計數。想象在一條生產線上，需要對經過某一點的產品數量進行計數。該產品可能具有一定的重量，可以致動開關。此應用可能要求開關僅稍稍移動，從而完成對物件的計數。Omron 的 D2VW-5L2-1HS 便是可用于實現此類功能的快動限位開關的實例。圖 14 展示了 D2V2-5L2-1HS 如何使用一個加長臂執行這一過程。
圖 13：D2VW-5L2-1HS。
有些快動限位開關采用類似 ON/OFF 開關的保持電路；但大部分則為瞬時保持。最常見的莫過于 SPST-NO 或 SPST-NC 快動限位開關。稍早提過的一個實用技巧是，使用 SPDT 電路取代常開型或常閉型 SPST。它的實用性體現在，不論應用需要常開型還是常閉型開關，它都能勝任。
快動限位開關最常見的配件是致動器臂。致動器臂上通常會有滾子，有時直接用一根扁條，并且存在多種不同的配置類型。圖 15 展示了適用于 D2VW 系列的幾種致動器樣式。
圖 14：致動器樣式。
撥動開關是另一種常見的開關樣式。這類開關通常采用與搖臂開關相似的面板安裝形式。它們可以用于實現瞬時功能，但通常用于保持功能。用于面板安裝用途時，它們的致動器通?？雌饋硐褚桓羟虬艋蛞粋€螺紋襯套。圖 16 展示了 E-Switch 的 200MSP3T1B1M2QEH。
圖 15：200MSP3T1B1M2QEH。
撥動開關的常見配件包括用于安裝的鎖緊墊圈和六角螺母。通?？梢栽?Digi-Key 網站產品頁面底部的“相關產品”區域找到這些配件。如圖 17 所示，200MSP3T1B1M2QEH 的產品頁面中列出了這兩種配件。
圖 16：相關的鎖緊墊圈和六角螺母。
撥動開關的其他常見配件包括安全罩和護套。圖 18 和 19 分別展示了這兩種配件。圖中安全罩是用于 CW Industries GTS447A101HR 的配件，護套則是用于 NKK Switches M2012SS1W01 的配件。
圖 17：用于 GTS447A101HR 的安全罩。
圖 18：用于 M2012SS1W01 的護套。
許多情況下需要能夠在多種工作模式間做出選擇的開關。這類應用有時需要旋轉開關。這些開關具有一到多個刀，但通常有很多擲。Electroswitch 的 C7D0124N-C 便是一個旋轉開關實例。這是一個 SP24T 開關。這意味著電流有 24 種不同的流動通路選擇，但一次只能流經一個通路。旋轉開關的通用配件包括旋鈕、刻度盤、鎖緊墊圈和六角螺母。與前述產品一樣，通?？梢栽?Digi-Key 網站的“相關產品”選項卡中找到這些配件。圖 20 展示了 C7D0124N-C。
圖 19：C7D0124N-C。
旋轉開關還有另一種區分方法，即是“先合后開”還是“先開后合”。另一種可用于描述這一特征的術語是“短接”或“非短接”。術語“短接”指的是“先合后開”。這表示當開關從一個位置移到另一個位置時，一直沒有斷開電路。開關會短時保持兩個活動電路，直至其完全移到所需的位置。CTS Electrocomponents 的 212T0111S332RA 便是一個“先合后開”旋轉開關實例。相反的是“非短接”或“先開后合”。這表示，第一個電路在開關到達新電路的位置之前將保持完全斷開的狀態。E-Switch 的 KC52A30.001NPS 便是一個“先開后合”旋轉開關的實例。
鑰匙鎖開關是一種很常見的開關形式。汽車點火器便是一個 OFF-ON-MOMENTARY（關-開-瞬時）開關實例。將鑰匙插入汽車點火器后，開關處于 ON 位置，但在汽車起動之前，開關在 ON 位置不會執行任何操作。MOMENTARY 位置用于起動汽車，然后鑰匙將會返回到 ON 位置。要關閉汽車電路，必須將鑰匙轉到 OFF 位置。圖 21 中 Honeywell Sensing and Productivity Solutions 的 84829-07 便是一個鑰匙鎖開關實例。
圖 20：84829-07。
當前的市面上有很多種不同的開關。它們的最終目的只有一個，即連接電路。其中分為保持功能和瞬時功能。具有保持功能的開關會在被手動移動之前會保持在自己的位置。相反，即具有瞬時功能的開關會在啟動后自動恢復到自己的默認狀態。具體應用會縮小所需開關類型的范圍。開關電路以及允許的最大電流和電壓等物理參數，將成為選擇開關時最重要的決定因素。開關樣式可以互換；電路使用撥動開關與使用搖臂開關完全可以獲得相同的結果。開關樣式很大程度上取決于工程師的個人偏好，以及放置開關的環境。
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